Embed Size (px)
Citation preview
Página | 1
PROYECTO N°: 00001
INGENIERÍA CONCEPTUAL
CIVIL
TITULO DEL DOCUMENTO
BASES DE DISEÑO- PLANTA ……
NÚMERO DE DOCUMENTO REVISION
GE-PRO-BDP-001 PAGINA 1 de 24 1
00
INDICE
Página | 2
1. OBJETIVO ................................................................................................................. 3 2. ALCANCE .................................................................................................................. 3 3. NORMAS APLICABLES ............................................................................................ 3 4. UNIDADES ................................................................................................................. 6 5. MATERIALES ............................................................................................................ 6
5.1. Estructura Metálica.......................................................................................... 6 5.2. Hormigón armado ............................................................................................ 6 5.3. Pavimentos ...................................................................................................... 7 5.4. Tuberías Enterradas ........................................................................................ 7 5.5. Edificios ........................................................................................................... 7
6. CIMENTACIONES ..................................................................................................... 8 6.1. Cimentaciones superficiales .......................................................................... 8 6.2. Pilotes .............................................................................................................. 9
7. CARGAS ................................................................................................................... 9 7.1. Cargas muertas D ........................................................................................... 9 7.2. Cargas vivas L .............................................................................................. 12 7.3. Cargas de Sismo Eox, Eoz, Eex, Eez........................................................... 12 7.4. Cargas de viento Wx, Wz ............................................................................. 14 7.5. Carga térmica T ............................................................................................ 18 7.6. Cargas de rozamiento Ff .............................................................................. 18 7.7. Cargas de anclaje Af .................................................................................... 18 7.8. Cargas extracción del haz tubular de intercambiadores (Bundle) Bp ...... 18 7.9. Cargas de impacto......................................................................................... 18 7.10. Cargas de nieve ............................................................................................. 18
8. COMBINACIONES DE CARGAS ............................................................................ 19 8.1. Para diseño de Estructuras Metálicas por estados límites últimos (LRFD) 19 8.2. Para diseño de Estructuras Metálicas por estados límites de servicio ..... 19 8.3. Para diseño de Estructuras de Hormigón por estados límites últimos ..... 19 8.4. Para diseño de Estructuras de Hormigón por estados límites de servicio20
9. DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS PERMITIDOS ..................................................... 20 9.1. Desplazamientos horizontales...................................................................... 20 9.2. Deformaciones verticales - flechas .............................................................. 21
Página | 3
INGENIERÍA CONCEPTUAL CIVIL
PLANTA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA
1. OBJETIVO
El objeto de este documento es proveer la información más relevante requerida en el
diseño de Civil y Estructuras durante la preparación del Proyecto.
2. ALCANCE
Los criterios y bases de diseño que aquí se incluyen cubren los requerimientos
necesarios del diseño Civil y Estructural para el desarrollo de los trabajos del Proyecto.
3. NORMAS APLICABLES
El diseño Civil y Estructural del Proyecto se realiza de acuerdo a las Normas, Códigos y
Estándares que se indican a continuación.
Normas Legales Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento de Perú, Normas
Técnicas de Edificación:
Norma E.020 Cargas
Norma E.030 Diseño Sismoresistente
Norma E.050 Suelos y Cimentaciones
Norma E.060 Concreto Armado
Norma E.070 Albañilería
Norma E.090 Estructuras Metálicas
Códigos Americanos:
ACI 207.1R
Guide to Mass Concrete
ACI 211.1
Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass
Concrete
ACI 301
Specifications for Structural Concrete
ACI 305R
Hot Weather Concreting
ACI 307/307R
Design and Construction of Reinforced Concrete Chimneys
ACI 308R
Guide to Curing Concrete
Página | 4
ACI 318M/318RM
Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary
ACI 350/350R
Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures and
Commentary
ACI 543R
Design, Manufacture, and Installation of Concrete Piles
AISC 316
Manual of Steel Construction Allowable Stress Design
AISC 325
LRFD Manual of Steel Construction
AISC 335
Specification for Structural Steel Buildings Allowable Stress Design and Plastic
Design-Supplement 1
AISC 341
Seismic Provisions for Steel Structure Buildings
AISC 360
Specification for Structural Steel Buildings
AISC S335-89S1
Supplement No. 1 to the Specifications for Structural Steel Buildings – Allowable
Stress Design and Plastic Design
ALI A14.3
American National Standard for Ladders - Fixed – Safety Requirements
ANSI Z97.1
Safety Glazing Materials Used in Buildings – Safety Performance Specifications
and Methods of Test
API STD 650, App. B
Recommendations for Design and Construction of Foundations for Aboveground
Oil Storage Tanks
ASCE
Wind Loads and Anchor Bolts Design for Petrochemical Facilities 1997
ASCE 7
Minimum Design Loads For Buildings and Other Structures
ASCE 37
Design Loads on Structures During Construction
ASME STS-1
Steel Stacks
ASSE/SAFE A1264.1
Safety Requirements for Workplace Floor and Wall Openings, Stairs and Railing
Systems
Página | 5
ASSE/SAFE A14.3
Safety Requirements for Fixed Ladders
ASTM A 193/A 193M
Standard Specification for Alloy-Steel and Stainless Steel Bolting Materials for
High Temperature or High Pressure Service and Other Special Purpose
Applications
ASTM A 194/A 194M
Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Nuts for Bolts for High
Pressure or High Temperature Service, or Both
ASTM A 307
Standard Specification for Carbon Steel Bolts and Studs, 60 000 psi Tensile
Strength
ASTM A 325
Standard Specification for Structural Bolts, Steel, Heat Treated, 120/105 ksi
Minimum Tensile Strength
ASTM A 328/A 328M
Standard Specification for Steel Sheet Piling
ASTM A 354
Standard Specification for Quenched and Tempered Alloy Steel Bolts, Studs, and
Other Externally Threaded Fasteners
ASTM A 36/A 36M
Standard Specification for Carbon Structural Steel
ASTM A 370
Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM A 563
Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Nuts
ASTM A 615/A 615M
Standard Specification for Deformed and Plain Carbon Steel Bars for Concrete
Reinforcement
ASTM A 653/A 653M
Standard Specification for Steel Sheet, Zinc - Coated Galvanized) or Zinc - Iron
Alloy - Coated (Galvannealed) by the Hot-Dip Process CGA - Compressed Gas
Association
ASTM A 673/A 673M
Standard Specification for Sampling Procedure for Impact Testing of Structural
Steel
ASTM A 690/A 690M
Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Nickel, Copper, Phosphorus
Steel H-Piles and Sheet Piling with Atmospheric Corrosion Resistance for Use in
Marine Environments
ASTM A 767/A 767M
Standard Specification for Zinc-Coated (Galvanized) Steel Bars for Concrete
Reinforcement
Página | 6
ASTM A 775/A 775M
Standard Specification for Epoxy-Coated Steel Reinforcing Bars
ASTM A 857/A 857M
Standard Specification for Steel Sheet Piling, Cold Formed, Light Gage
ASTM C 150
Standard Specification for Portland Cement
ASTM C 94/C 94M
Standard Specification for Ready - Mixed Concrete
ASTM D 1143
Standard Test Method for Piles under Static Axial Compressive Load
ASTM D 3689
Standard Test Method for Individual Piles under Static Axial Tensile Load
ASTM D 3966
Standard Test Method for Piles under Lateral Loads
ASTM F 1554
Standard Specification for Anchor Bolts, Steel 36, 55, and 105 Ksi Yield Strength
AWS D1.1/D1.1M
Structural Welding Code – Steel ICC IBC International Building Code NAAMM
MBG 531 Metal Bar Grating Manual
4. UNIDADES
Las unidades principales a utilizar en este Proyecto son las del Sistema Internacional SI.
5. MATERIALES
5.1. Estructura Metálica
Acero estructural A992
Estructuras soldadas en taller y atornilladas en obra las uniones se definirán en
la ingeniería de detalle
Protección contra la corrosión mediante pintura
Ignifugado mediante cemento con vermiculita, aplicado mediante proyección,
para una RF-180. Incluyendo mallado de refuerzo 50x50x1.5 mm y clips de
acero dulce o galvanizado
Rejilla 30x30x30x3 galvanizada
Mortero cementoso sin retracción 27.6 MPa mínimo
5.2. Hormigón armado
Hormigón estructural de 35 MPa
Acero corrugado ASTM 615 grado 60
Recubrimientos entre 40 y 70 mm, según el tipo de elemento
Hormigón de limpieza de 14 MPa y espesor 50 mm
Hormigón de estructuras marinas de 35 Mpa
Página | 7
Todos los hormigones resistentes a ataques químicos de sulfatos y cloruros -
debido al alto nivel freático y el ambiente marino
Pernos de anclaje sin galvanizar (con 3mm previstos para la corrosión), se
definirán en la ingeniería de detalle; posibles materiales: SA-307, SA-325, ASTM
A36.
5.3. Pavimentos
De hormigón de 2 tipos: pesado de 175 mm con doble mallado y ligero de 125
mm con un mallado.
Para viales - pavimento flexible con capa asfáltica de rodadura y los espesores
definitivos según el diseño a realizar en la etapa de ingeniería de detalle.
5.4. Tuberías Enterradas
Los detalles se indican en el documento “Sistemas Enterrados de Tuberías por
Gravedad. Bases Conceptuales de Diseño”
5.5. Edificios
Los detalles se indican en el documento “Bases de Diseño de Edificios”.
La planta baja de las subestaciones incluye la entrada de cables y los patios de
transformadores. En la planta superior se sitúan la Sala Eléctrica y la de Equipos
de Climatización. Se precisa también Sala de Baterías. Los RIE se describen
más adelante.
La altura libre de los sótanos de cables es de 2.3 metros, la de las salas
eléctricas de 4.5 metros, y 5 metros en las salas de climatización.
En las subestaciones resistentes a explosión, el cerramiento será con muro de
hormigón de 25 cm de espesor, que rodeará también los sótanos de cables.
En las que no hayan de ser resistentes a explosión, los sótanos de cables
estarán rodeados por una valla metálica desmontable para ventilación.
El cerramiento del edificio consistirá en muro de hormigón pintado al exterior en
las subestaciones resistentes a explosión, y en muro de bloque de hormigón
tarrajeado con mortero monocapa en las demás. En ambos casos se trasdosará
con una capa de 5 cm de lana de roca y drywall (placa de yeso) pintado.
La separación entre los transformadores será siempre mediante muros de
hormigón. Las dimensiones de las subestaciones se definen de acuerdo a
los layout de equipos eléctricos definidos por Electricidad.
En las subestaciones se proyecta una acera perimetral de ancho mínimo 1 metro
elevada 100 mm respecto al suelo circundante. Esta acera tendrá una inclinación
mínima del 1% hacia el exterior. La solera del edificio se eleva 150 mm sobre la
acera antes mencionada.
Las plataformas tendrán una inclinación del 1% hacia el exterior.
Las puertas exteriores, tanto las antiexplosión como las que no, serán de acero
galvanizado pintado, con aislante térmico, barra antipánico, cierra puertas
automático, y sellado para prevenir la entrada de polvo u otras partículas.
Las puertas interiores serán de acero galvanizado, con cierra puertas automático
en el caso de encontrarse en muros resistentes al fuego. La resistencia al fuego
de cada puerta se determinará en función de las normas y los estándares de
aplicación.
Página | 8
La cubierta será plana invertida no transitable, con inclinación mínima del 2% y
capa superior de grava lavada. La cubierta de los patios de transformadores será
de chapa de acero galvanizado pintado con inclinación mínima del 10%.
Las bajantes de pluviales exteriores serán de UPVC, con arqueta a pie de
bajante y salida a la red general de drenaje.
5.5.1. Aire Acondicionado y Ventilación
Bases de cálculo:
- Los coeficientes de transmisión “U” utilizados son:
Muros y cubiertas= 0.568 W/ m2 Kº
Suelos = 2.4 W/ m2 Kº
Puertas = 2.7 W/ m2 Kº
Cristales = 3,20 W/ m2 Kº
Iluminación, disipación de calor: 20W/m2
Cuarto de baterías, disipación de calor: 180W/m2
Disipación de calor de Equipos a ser alojados en las Subestaciones:
Algunas subestaciones eléctricas están siendo diseñadas como edificios resistentes a
explosión, (ver punto 4), por lo que cualquier apertura de ventilación o toma de aire,
desde o hacia el exterior, deberá ser diseñada con una protección adecuada, tanto en
paredes como en cubiertas del edificio. Se usarán Válvulas anti-explosión (BLAST
VALVES).
6. CIMENTACIONES
En esta etapa del proyecto no se dispone de los datos geotécnicos definitivos.
Se ha realizado una campaña geotécnica preliminar, que nos aportó las características
del terreno y la tipología de las cimentaciones a emplear. Los diseños de la fase Feed /
OBE se basan en los resultados del Estudio Geotécnico preliminar ya realizado - es el
documento V-0207023020-0001-A.
Los diseños realizados para conversión se actualizarán en la siguiente fase del proyecto
detallado EPC según las recomendaciones del futuro Informe Geotécnico Definitivo
6.1. Cimentaciones superficiales
Las características detalladas del terreno (tipo, φ, c, Ka etc.), según los estratos,
son los indicados en el Informe Geotécnico preliminar ya realizado.
Las tensiones admisibles del terreno, que tienen en cuenta los asientos, tanto
para el terreno natural como para los rellenos, son las indicadas en el Informe
Geotécnico preliminar.
Página | 9
Los datos del nivel freático a usar en los diseños se indican en el Informe
Geotécnico preliminar.
Coeficiente de seguridad al vuelco: 1.8
Coeficiente de seguridad al deslizamiento: 1.5
Coeficiente de seguridad al levantamiento: 1.1
Se emplearán vigas de atado entre cimentaciones.
6.2. Pilotes
Las cargas admisibles / capacidades de pilotes son las definidas en el Informe
Geotécnico preliminar, donde también se tienen en cuenta los asientos
previsibles de pilotes.
En esta etapa se consideran pilotes como apoyos de encepados sin tener en
cuenta las rigideces - este aspecto se tendrá en cuenta en la siguiente fase del
proyecto en la ingeniería de detalle, según las recomendaciones del Informe
Geotécnico, que nos aportará datos y recomendaciones sobre el tipo, tamaño,
longitud, asientos y carga de trabajo de pilotes punta y por fuste en todos los
estratos, tanto en compresión como en tracción, capacidad portante y
deformación lateral en los casos estático y dinámico, valores de rigideces
estáticas y dinámicas de los pilotes en cabeza: en horizontal y vertical.
Las cargas de viento o sismo se reducen en un 20%, según la norma E.060.
Los datos de la longitud de pilotes, su empotramiento en los estratos resistentes,
la separación mínima entre ejes de pilotes (para evitar la consideración del
"efecto grupo"), etc., están indicados en el Informe Geotécnico preliminar.
7. CARGAS
A continuación se indican las cargas a considerar en los diseños de las estructuras.
7.1. Cargas muertas D
Estas cargas se designan con la siguiente nomenclatura:
Ds: Peso propio de las estructuras, cimentaciones, suelo por encima de las
cimentaciones, y todos los elementos (equipos, ignifugado, rejilla, etc.) que
permanezcan fijos a la estructura.
Df: Peso de recipientes en montaje.
De: Peso de equipos y tuberías vacías, bandejas de cables, etc.
Do: Es la suma del peso vacío y la carga del contenido (fluido) en operación de
equipos y tuberías más las cargas laterales de tuberías aportadas por el
departamento de stress/soportes; a falta de datos específicos para una
estructura se consideran fuerzas aproximadas estimadas a partir de las
estructuras parecidas; en la siguiente etapa de la ingeniería de detalle se
aplicarán cargas exactas correspondientes a cada estructura.
Dt: Es la suma del peso vacío más la carga completa del contenido de agua -
prueba hidrostática.
Página | 10
7.1.1. Estimación de cargas sobre Pipe Racks
Sección típica de Rack de tuberías en el límite de batería:
Página | 11
Sección típica de Rack de tuberías en unidades de proceso:
Carga de tuberías
Hasta recibir la información precisa de la distribución de las tuberías se adopta una
carga distribuida uniforme de 2 kN/m². Este valor corresponde al llenado total de la
bandejas con tuberías de diámetros hasta 12 pulgadas y es el que se aplica siempre
según varias publicaciones y especificaciones.
Para Pipe Racks modulados con pórticos cada 8m se coloca una viga intermedia a 4m.
Las vigas de los pórticos se calcularán con el doble de carga que las intermedias,
teniendo en cuenta que las intermedias se apoyan en las vigas longitudinales y por tanto
este apoyo es más flexible (este reparto típico de 1/3 y 2/3 se aplica siempre, según
varias publicaciones y especificaciones); de esta forma quedaría:
10.70 kN/m para vigas de pórtico y 5.30 kN/m para vigas intermedias.
Las tuberías de diámetro superior a 12 pulgadas se considerarán como carga
concentrada individual. Tuberías de Flare se estiman de 32 pulgadas máximo, con los
siguientes pesos:
En vacío 2,50 kN/m, en operación 4,93 kN/m, en prueba hidrostática 7,37 kN/m
Carga de bandejas de cables
Carga adoptada por bandeja de 600mm: 0,8 kN/m
Página | 12
7.2. Cargas vivas L
Son aquellas cargas que gravitan sobre la estructura debidas a la ocupación de la
estructura. Incluyen cargas móviles de personal o máquinas, herramientas, material
almacenado, etc.
En esta etapa se consideran para las estructuras los siguientes valores de las cargas
vivas más comunes según GPs:
Pasarelas y plataformas de acceso
2,9 kN/m², para vigas y pilares
4,8 kN/m², para suelo de rejilla, etc.
Plataformas de operación y mantenimiento
6,0 kN/m², para todos los elementos
Otras sobrecargas, para por ejemplo forjados y cubiertas de edificios administrativos y
otros, se considerarán en la siguiente fase según la normativa ASCE 7 indicada en la
GP 04-01-03.
7.3. Cargas de Sismo Eox, Eoz, Eex, Eez
Código Nacional de Perú E.030 "Diseño Sismorresistente" especifica los parámetros
básicos para las cargas sísmicas en Talara, que se encuentra en la Zona 3, expuesta a
las más fuertes cargas sísmicas en el territorio nacional - de acuerdo a la Figura 1 y el
Anexo 2 del el Código E.030.
Para cada zona se le asigna un factor Z, como se indica en el Cuadro 1 del Código.
Este factor se interpreta como el valor máximo de aceleración con una probabilidad del
10% de ser superado en 50 años. Para la Zona 3, el valor del factor Z es 0,4. Este es el
valor básico para el cálculo de fuerzas sísmicas que actúan sobre las estructuras y
equipos. Los otros coeficientes necesarios para el diseño sísmico, dependiendo sobre
todo de tipo de estructura, se definen en el mismo Código E.030.
Zona 3 => Factor de zona Z = 0,4 según la Tabla N° 1 del Código
Suelo tipo S3 => Tp = 0,90 s => Factor de amplificación del suelo S = 1,4… según la
Tabla N° 2 del Código E.030
Categoría A de Edificaciones Esenciales => Coeficiente de uso e importancia
U = 1,5 según la Tabla N° 3 del Código E.030
Factor de amplificación sísmica C:
Página | 13
Según el Artículo 7 del Código E.030
Para distintos sistemas estructurales se aplica el coeficiente de reducción de fuerza
sísmica R según la Tabla N° 6 del Código E.030:
(*) Estos coeficientes se aplicarán únicamente a estructuras en las que los elementos
verticales y horizontales permitan la disipación de la energía manteniendo la estabilidad
de la estructura. No se aplican a estructuras tipo péndulo invertido.
(**) Para estructuras irregulares, los valores de R deben ser tomados como ¾ de los
anotados en la Tabla 6.
Espectro de respuesta para Z = 0,4 U = 1.5 S = 1,4 C = 2,5 y R = 6:
T Sa T Sa T Sa
0,00 0,350 1,25 0,252 4,50 0,070
0,10 0,350 1,50 0,210 4,75 0,066
0,15 0,350 1,75 0,180 5,00 0,063
0,20 0,350 2,00 0,158 5,25 0,060
0,25 0,350 2,25 0,140 5,50 0,057
0,30 0,350 2,50 0,126 5,75 0,055
0,40 0,350 2,75 0,115 6,00 0,053
0,50 0,350 3,00 0,105 6,25 0,050
0,60 0,350 3,25 0,097 6,50 0,048
0,70 0,350 3,50 0,090 6,75 0,047
0,80 0,350 3,75 0,084 7,00 0,045
0,90 0,350 4,00 0,079
1,00 0,315 4,25 0,074
Página | 14
Las estructuras se diseñan con el método de análisis dinámico usando los espectros
sísmicos en los modelos de ordenador.
Los desplazamientos laterales en estructuras se calculan según el apartado 16.4 de la
norma E.030, multiplicando por 0,75 R los resultados del análisis lineal.
Se comprobarán los cortantes mínimos en las bases de acuerdo con la normativa.
El coeficiente R y el espectro indicado es solo una referencia ya que el espectro final
será determinado para cada estructura. Por ejemplo para las estructuras regulares de
hormigón el valor máximo de la aceleración horizontal, correspondiente a R = 8, sería
de 0,26 (en la meseta del espectro).
7.4. Cargas de viento Wx, Wz
La norma peruana E.020 “Cargas” especifica una velocidad de diseño en Talara a 10m
de altura sobre el suelo para un período de retorno de 50 años (mapa eólico del Perú)
de 80 km/h lo que corresponde a 22.22 m/s.
Las cargas de viento sobre estructuras no contempladas en la norma E.020 se
computan aplicando la norma ASCE 7 y las guías de cálculo para estructuras abiertas,
recipientes y pipe Racks de “ASCE Wind Loads and Anchor Bolt Design for
Petrochemical Facilities”.
Factor de importancia I para categoría IV : I = 1.15 salvo para las estructuras que el
Propietario designe con otra categoría.
Categoría de exposición C según Exxon GP04-01-03.
De acuerdo con ASCE 7-05 las cargas de viento se definen como sigue:
Estructuras abiertas:
Página | 15
Las fuerzas de diseño se determinan por la ecuación:
F = qz · G · Cf · Ae [N]
Donde qz es la presión ejercida a la altura z que se calcula con la siguiente ecuación:
qz = 0.613 * Kz * Kzt * Kd * V² * I [N/m²]
Kz es el coeficiente de exposición, que es función de la categoría de exposición (C) y de
la altura z.
Kzt es el factor topográfico, que se tomará como 1.0
Kd es el factor de direccionalidad del viento, conforme a la siguiente tabla:
Estructura Tipo Kd
Edificios 0.85
Techos arqueados 0.85
Chimeneas, tanques o similares:
Sección Cuadrada
Sección hexagonal
Sección redonda
0.90
0.95
0.95
Estructuras solidas 0.85
Estructuras abiertas, celosías 0.85
Torres metálicas:
Forma triangular, cuadrada o rectangular
El resto
0.85
0.95
Para los coeficientes señalados se calculan los valores de la presión del viento en la
siguiente tabla:
Kd = 0,85
Kd = 0,90
Kd = 0,95 altura z
[m]
Kz qz [kN/m²] qz [kN/m²] qz [kN/m²]
0-4,6 0,85 0,25 0,27 0,28
6,1 0,9 0,27 0,28 0,30
7,6 0,94 0,28 0,29 0,31
9,1 0,98 0,29 0,31 0,32
12,2 1,04 0,31 0,33 0,34
15,2 1,09 0,32 0,34 0,36
18 1,13 0,33 0,35 0,37
21,3 1,17 0,35 0,37 0,39
24,4 1,21 0,36 0,38 0,40
27,4 1,24 0,37 0,39 0,41
30,5 1,26 0,37 0,39 0,42
36,6 1,31 0,39 0,41 0,43
42,7 1,36 0,40 0,43 0,45
48,8 1,39 0,41 0,44 0,46
54,9 1,43 0,42 0,45 0,47
Página | 16
61 1,46 0,43 0,46 0,48
76,2 1,53 0,45 0,48 0,51
91,4 1,59 0,47 0,50 0,53
Factor de ráfaga (G):
Para estructuras rígidas (f>= 1 Hz), pipe racks y estructuras abiertas: 0.85
Para estructuras flexibles (f< 1 Hz ó edificios/estructuras con relación
altura/menor dimensión horizontal > 4) utilizar Gf como indica ASCE 7-05
(6.5.8.2 y 6.5.8.3)
Coeficiente de fuerza Cf y área tributaria Ae para Pipe racks:
Para columnas Cf= 2.0
Resto miembros estructurales Cf= 1.8
Para bandejas de cables Cf= 2.0 (de Fig. 6-21 ASCE 7-05, forma cuadrada, cara normal
al viento. h/D=25)
Para cilindros Cf= 0.7 mínimo (si la tubería está aislada considerar Cf para tubería
rugosa - ver Adjunto 1 tomado de la Fig. 6-21 ASCE 7-05)
Para bandejas de cables Ae= (D+0.1W) L (W= ancho del piperack; L= longitud tributaria
de bandeja entre pórticos; D= profundidad de la bandeja mayor)
Para tuberías Ae= (D+0.1W) L (W= ancho del pipe rack; L= longitud tributaria de tubería
entre pórticos; D= profundidad de la tubería mayor)
Para la estructura Ae = área de los miembros expuestos sin considerar revestimiento.
Coeficiente de fuerza Cf y área tributaria Ae para estructuras de equipos abiertas:
Para estructuras de equipos abiertas que tienen planta rectangular y tienen miembros
de caras planas utilizar los siguientes coeficientes de fuerza (se encuentran en ASCE 7-
05 y ASCE “Wind Load on Petrochemical Facilities”)
Para N= 2 a 4 Cf= 1.8+ 1.4N – (1+1.2N) ζ 0.45 η -0.06
Para N= 5 a 7 Cf= 3.0+ 1.2N – (1.2+1.2N) ζ 0.45 η -0.02 (N-1)
η = Sf / B relación de espaciamiento de marcos
Donde ζ = relación de solidez = As / Ag. Las expresiones de arriba se basan en datos
para 0.10 <= ζ <=
0.50. Para relaciones menores no considerar caras planas y utilizar Cf= 2.
As (m²) = área sólida efectiva de estructura incluyendo vigas, columnas,
arriostramientos, revestimientos, escaleras, barandillas, etc. No se incluyen estructuras
Página | 17
menores como vigas de forjado.
Ag (m²) = área bruta de la estructura.
Sf = espaciamiento entre ejes de los miembros paralelos a la dirección del viento.
N = cantidad de marcos. Para N>7 utilizar las curvas que figuran en (ASCE “Wind Load
on Petrochemical Facilities”)
Área expuesta Ae = área efectiva del marco (como As ) pero para la parte de la altura
de la estructura consistente con la presión qz.
Coeficiente de fuerza Cf y área tributaria Ae para componentes:
Adaptado según ASCE “Wind Loads and Anchor Bolts Design for Petrochemical
Facilities”
Item
Cf
Área proyectada Barandilla 2,0 0,80 ft cuadrada / ft
Escalera gato sin caja 2,0 0,50 ft cuadrada / ft
Escalera gato con caja 2,0 0,75 ft cuadrada / ft
Rectángulos sólidos y placas
planas
2,0
Escaleras inclinadas con
barandilla: elevación lateral
elevación final
2,0
2,0
Área barandilla más canal
profundidad 50% área bruta
7.4.1. Edificios cerrados o parcialmente cerrados:
El diseño de las presiones del viento sobre los componentes y revestimientos para
todos los edificios con h > 18.30m se determina con la siguiente ecuación:
P= q · G · Cp – qh (G· Cpi) [N/m²] donde:
Página | 18
q = qz para paredes a barlovento evaluado en la altura z sobre el suelo
q = qh para paredes a sotavento, paredes laterales y techos evaluado en la altura h G =
factor de ráfaga (como se define arriba)
Cp = coeficiente de presión externa - ver Adjunto 2
(G ·Cpi) = coeficiente de presión interna - ver Adjunto 3
Para edificios con h < 18.30m se determina de acuerdo con los apartados 30.4 o 30.5
de la norma ASCE 7-10.
7.5. Carga térmica T
El salto térmico para cálculo es de 20 ºC para estructuras de hormigón armado y 30 ºC
para estructuras metálicas de acero, según la norma E.020.
7.6. Cargas de rozamiento Ff
Se aplican los siguientes coeficientes de rozamiento:
teflón sobre teflón 0.10
acero sobre acero 0.40
acero sobre hormigón 0.45
7.7. Cargas de anclaje Af
Se consideran las cargas de anclaje de tuberías estimadas por el departamento de
stress/soportes y a falta de datos se considera una carga concentrada horizontal de 10
kN aplicada en el centro del vano. En la siguiente etapa de la ingeniería de detalle se
aplicarán cargas exactas correspondientes a cada estructura, aportadas por
stress/soportes.
7.8. Cargas extracción del haz tubular de intercambiadores (Bundle) Bp
La fuerza longitudinal de extracción del haz de tubos de cambiadores será igual al 100
% del peso del haz de tubos y no menor de 8.90 kN aplicados en el centroide del haz.
7.9. Cargas de impacto
En el diseño de estructuras que lleven cargas móviles hay que tener en cuenta las
cargas de impacto, como un porcentaje de la carga móvil. Están indicadas en la Norma
E.020, epígrafe 9.5.
7.10. Cargas de nieve
Página | 19
Esta carga no aplica, teniendo en cuenta la ubicación de Talara su valor es igual a 0.
8. COMBINACIONES DE CARGAS
En base a las combinaciones de cargas contempladas en las normas de diseño
estructural mencionadas al principio de este documento se indican las siguientes
combinaciones según el tipo de estructuras.
8.1. Para diseño de Estructuras Metálicas por estados límites últimos (LRFD)
Las combinaciones indicadas en la Norma E.090 Estructuras Metálicas apartado 1.4.1
para el método de cargas mayoradas LRFD son las siguientes:
1,4 D
1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr ó S ó R)
1,2 D + 1,6 (Lr ó S ó R) + (0,5 L ó 0,8 W)
1,2 D + 1,3 W + 0,5 L + 0,5 (Lr ó S ó R)
1,2 D + 1,0 E + 0,5 L + 0,2 S
0,9 D + (1,3 W ó 1,0 E)
Dónde:
D: Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes
sobre la estructura L : Carga viva debida al mobiliario y ocupantes.
Lr: Carga viva en las azoteas W : Carga de viento
S: Carga de nieve
E: Carga de sismo de acuerdo a la Norma E.030 Diseño Sismorresistente
R: Carga por lluvia o granizo
Se observa que en las combinaciones mencionadas no aparecen cargas térmicas T,
que sí se indican en la normativa E.020, en la americana ASCE y en la E.060. Por tanto,
se han incluido estas cargas térmicas T en las siguientes combinaciones:
1,4 D + 1,4 T
1,2 D + 1,6 L + 1,2 T
1,2 D + 1,0 L + 1,2 T
1,2 D + 0,8 W + 1,2 T
8.2. Para diseño de Estructuras Metálicas por estados límites de servicio
Para la comprobación de estados límites de servicio de estructuras metálicas las cargas
se combinarán con factores iguales a 1,0.
8.3. Para diseño de Estructuras de Hormigón por estados límites últimos
Las combinaciones de las cargas mayoradas indicadas en la Norma E.060 Concreto
Armado, apartado 9.2 de Resistencia Requerida, son las siguientes:
1,4 CM + 1,7 CV
1,25 ( CM + CV + CVi )
0,9 CM + 1,25 CVi
Página | 20
1,25 (CM + CV) + CS
0,9 CM + CS
1,4 CM + 1,7 CV + 1,7 CE
0,9 CM + 1,7 CE
1,4 CM + 1,7 CV + 1,4 CL
1,05 CM + 1,25 CV + 1,05 CT
1,4 CM + 1,4 CT
Dónde:
CM: Cargas muertas
CV: Cargas vivas
CVi: Cargas de viento
CS: Cargas de sismo
CE: Peso y empuje lateral de los suelos
CL: Peso y presión de líquidos
CT: Cambios de temperatura, asentamientos diferenciales, retracción ó expansión
8.4. Para diseño de Estructuras de Hormigón por estados límites de servicio
Para la comprobación de estados límites de servicio de estructuras de hormigón las
cargas se combinarán con factores iguales a 1,0.
9. DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS PERMITIDOS
9.1. Desplazamientos horizontales
Con cargas de viento: pipe racks dh = H / 200
estructuras de equipos
dh = H / 300
H es la altura de la estructura para la que se considera el desplazamiento
Con cargas de sismo: estructuras de acero dh = h / 50
estructuras de hormigón armado dh = h /143
h es la altura entre pisos; (esta limitación no aplica a naves).
Las limitaciones de desplazamientos laterales originados por el sismo en la norma
peruana E.030 son bastante exigentes, debido a que la norma está preparada para
edificios. Esto está indicado en el Artículo 2., donde se informa que la Norma se aplica a
“edificaciones” y en caso de estructuras especiales se requieren consideraciones
adicionales que complementen las exigencias aplicables de la presente Norma”. En los
edificios existen particiones interiores y elementos frágiles de fachada, y por tanto se
limitan mucho las deformaciones con el fin de evitar roturas, que podrían originar daños
importantes en materiales y peligros para la vida humana.
En nuestro caso se trata de estructuras metálicas industriales, que no llevan ni
Página | 21
particiones ni fachadas, por tanto se pueden permitir más de desplazamientos que en
los edificios. Teniéndolo en cuenta, en vez del límite H/100 (o 0,010H) correspondiente
a la tabla Nº8 de la E.030, se aplica el límite de H/50 (o 0,02H) según la norma
americana ASCE para “non-building structures” (excepto dos estructuras en la
AM2/WS2 donde aplica H/50) de acuerdo con el estudio realizado por Altran “Análisis de
riesgos para la categorización de Estructuras” emitido 30.07.2012. Asimismo, con este
límite de desplazamiento lateral, TR como diseñador asegura la estabilidad estructural
y la integridad de los sistemas apoyados (tuberías entre otros).
9.2. Deformaciones verticales - flechas
En esta etapa, debido a la falta de las indicaciones exactas en la normativa E.090 de
Estructuras Metálicas, se aplica la normativa E.020 artículo 25 “Flechas” y se
consideran las siguientes flechas máximas para los elementos estructurales:
Vigas de pisos:
dv = L / 240 para la carga total
dv = L / 360 solo con la sobrecarga
Vigas de cubierta:
dv = L / 180 solo con la sobrecarga
L es la longitud del vano; en caso de voladizos es doble.
En la siguiente fase de la ingeniería de detalle, según las necesidades, se definirán
limitaciones para casos más específicos como vigas carriles etc., que de momento no
aplican en esta etapa.
Para las estructuras de hormigón se aplicará la norma E.060 Concreto Armado en su
capítulo 9.6
